Study on the Mechanism of Early Delivery by Multi-Omics Analysis of Metabolites, Elements and Bacterial Flora in Amniotic Fluid

Význam tématu

Prevence a včasné rozpoznání předčasného porodu je zásadní pro snížení novorozenecké mortality a dlouhodobých zdravotních komplikací. Analýza obsahu plodové vody poskytuje cenné informace o metabolickém stavu plodu, expozici prvkům i mikrobiální zátěži, které mohou souviset s rizikem předčasného porodu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo využít integrativní přístup multi-omics k porovnání vzorků plodové vody od matek s předčasným (n=3) a v termínu ukončeným (n=3) těhotenstvím. Kombinací dat o 488 metabolitech, 78 prvcích, ~250 bakteriálních druzích a 16 porodních parametrech autoři usilovali o identifikaci odlišností spojených s předčasným porodem.

Použitá metodika a instrumentace

Pro multi-omics analýzu byly vzorky plodové vody inaktivovány a rozděleny na frakce pro:

• GC-MS analýzu 488 primárních metabolitů (GCMS-TQ™8040 NX, Shimadzu)
• EDXRF měření koncentrací 78 prvků (EDX-7200, Shimadzu)
• sekvenování 16S rRNA genů k identifikaci bakteriální flóry (~250 druhů) pomocí MinION Mk1C (Oxford Nanopore Technologies)

Data z těchto tří platforem byla sloučena s klinickými a porodními daty (16 parametrů) a vyhodnocena v softwaru Multi-omics Analysis Package pomocí PCA, hierarchického shlukování, volcano plotů a metabolických map.

Použitá instrumentace

• GCMS-TQ™8040 NX (Shimadzu) s databází Smart Metabolites Database™ Ver. 2
• Energy-dispersive X-ray fluorescence spectrometer EDX-7200 (Shimadzu)
• MinION Mk1C (Oxford Nanopore Technologies) s QIAamp DNA Microbiome Kit

Hlavní výsledky a diskuse

• V plodové vodě předčasných porodů byly statisticky významně zvýšeny koncentrace mastných kyselin a lipidů (např. kyselina olejová, margarová, laurová, batylalkohol).
• U pacientek s předčasným porodem byla vyšší bakteriální zátěž, zejména převaha Ureaplasma spp.; podle 16S rRNA analýzy se vzorky rozdělily na kategorie s Ureaplasma infekcí, bez infekce a smíšenou infekcí.
• Multivariantní metabolická analýza ukázala aktivaci glykolytické dráhy a zvýšenou akumulaci meziproduktů pyrimidinového metabolismu u vzorků s Ureaplasma infekcí.
• Volcano ploty poukázaly na rozdíly ve složení metabolitů a prvků mezi skupinami, přičemž vyšší koncentrace fosforu byla spojena s termínovým porodem u smíšeně infikovaných subjektů.

Přínosy a praktické využití metody

• Integrovaná multi-omics analýza umožňuje komplexní profilaci plodové vody a identifikaci biomarkerů rizika předčasného porodu.
• Přístup usnadňuje odhalení vzájemných vazeb mezi metabolity, stopovými prvky a mikrobiální flórou, což může vést k lepším diagnostickým a preventivním strategiím.

Budoucí trendy a možnosti využití

• rozšíření studie na větší kohortu pacientek a dlouhodobé sledování těhotenství
• inkorporace proteomických a transkriptomických dat pro hloubkovou multi-omics integraci
• využití strojového učení k predikci rizika na základě integrovaných dat
• cílené intervence a personalizovaná léčba na základě biomarkerů z plodové vody

Závěr

Multi-omics analýza vzorků plodové vody pomocí GC-MS, EDXRF a Nanopore sekvenování prokázala klíčové metabolické, elementární a mikrobiální znaky spojené s předčasným porodem. Metodika představuje slibný nástroj pro identifikaci raných prediktorů a vývoj preventivních opatření.

Reference

• World Health Organization. Born too soon: decade of action on preterm birth. WHO; 2024.
• MSD. 羊水の問題 [Amniotic fluid problem]. 2024.
• Moony. 羊水とは？赤ちゃんを守る重要な役割 [What is amniotic fluid?]. 2024.
• NIPT Japan. 早産になる原因となりやすい人の特長 [Factors prone to preterm birth]. 2024.
• Phosphate-to-zinc ratio as a predictor of bacterial growth-inhibitory activity. PubMed; 2024.